3. Способы ускорения традиционных эвм

1. Как можно интенсивнее использовать регистры. Доступ к регистрам происходит на частоте процессора, а к памяти – только на её четверти.

2. Читать команды вперёд (водопровод – "pipeline"). Поскольку по статистике команда перехода примерно каждая восьмая, то имеет смысл сделать водопровод на восемь команд.

3. Банки памяти (разные физические адреса находятся в одном месте, а соседние логические - соответственно физически в разных местах, в каждую банку читать и писать можно параллельно).

4. Cache – быстрая память для часто используемых операндов. Статистика: в 95% случаев используется одни и те же 5% данных (Copyright Терехов 2004).

5. Ассоциативный регистр. Некоторые данные используются очень часто. Аналог кеша, только меньший по объёму и более быстрый.

4. Нетрадиционные архитектуры эвм

МГД (машина с гибкой динамической архитектурой).

Есть вычислители («молотилки»).

Если очередь команд текущей задачи превышает некоторый порог, то выделяем дополнительные молотилки, если очередь команд содержит мало команд, то молотилки забираем.

//Архитектура бесперспективна, ибо запрограммировать задачу для такой машины по-видимому невозможно.

Very long instruction word (VLIW)

Машинная команда – очень длинная. В одной команде может быть 8 арифметических команд, 7 пересылок.

a*b+c/d – плохой порядок вычислений: сначала запускается 3_хтактная команда (умножение), на следующем – 4_хтактная (деление), складывать можно только через 5 тактов.

c/d+a*b – лучше: сначала запускается 4_хтактная команда, на следующем такте – 3_хтактная, складывать можно через 4 такта.

//Зам.: предполагается многопроцессорность. Расшифровка каждой команды – 1 такт.

Матричные

Метод сетки: область нарезается на квадраты, вычисляются значения в вершинах квадратов, потом интерполируются значения в центре квадратов, затем квадраты уменьшаются.

Для решения задач этим методом в 1964 году в США построена машина Illiac 4: матрица 8x8, в каждой ячейке – компьютер со своей памятью и процессором.

В СССР была сделана ПС 2000.

//Замечание: на матричных архитектурах, как это ни странно, можно выполнять быстрое умножение матриц, если эту задачу распределить между процессорами. Умножение примерно n³, P процессоров n³/P + o(n²)

Удобны, когда над разной data нужно сделать одни действия

Векторные

Машина ПС 3000 (Трахтенберг): восемь компьютеров, умеют складывать длинные вектора за log, скалярное произведение векторов.

Удобны, когда над разной data нужно сделать одни действия

Конвейерные

Например 5 блоков - Выборка команды, Декодирование, Выборка операндов, Выполнение команды, возврат р-та

ATLAS - 1962

СRAY1 – 1967 : 40 млн. опер. в сек. по паспорту, на специальных задачах – 100 млн. опер. в сек. Главная особенность – большое количество сумматоров.

Сложить три вектора a, b, c:

1 такт: a₁+b₁

2 такт: a₂+b₂ +c₁

3 такт: a₃+b₃ +c₃ …

Торовые (Grid)

Похожа на сетку, только у каждой вертикали и горизонтали соединили концы или на кольцо (?)

Язык “Окам”, ориентир. На параллельн. Вычисление, сейчас понятие transputer (только начинается)

5. История эвм

1832 – машина Ч. Беббиджа; механическая; программы –в памяти

1936 – релейная ЭВМ Z1, Германия, автор – Конрард Зуц

1943 – МАРК1, релейная, США, реализация идеи Бебиджа, программы – на перфолентах, для организации циклов – склеиваем перфоленту в кольцо.

1946 – ENIAC – первая электронная ЭВМ, США, в разработке принимал участие Тьюринг, построена на триггерах (триггеры изобрел проф. Бонч-Бруевич в 1918 г)

1951 – МЭСМ, Лебедев, программы – в памяти

1953 – БЭСМ, Лебедев, Москва, 5000 оп/с,

1956 –… - серия УРАЛ 1,2,4,…

1958 – M20 (на ней рассчитывали полет Гагарина)

1964 – IBM (360) + OS

1967 – БЭСМ 6, Лебедев

1982(1974) – Эльбрус

1987 – Самсон

//Ворованные машины: ЕС ЭВМ ряд 1 = IBM/360

ЕС ЭВМ ряд 2 = IBM/360

СМ 1,2 = HP

СМ 3,4,14,20 = Dell (PDP11)

Процессор : раздельная память команд и память данных. “Гарвардская схема” (Лебедев 1956)